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CN115488484A - 提高过共析钢轨闪光焊接头正火区硬度的方法 - Google Patents

提高过共析钢轨闪光焊接头正火区硬度的方法 Download PDF

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CN115488484A
CN115488484A CN202211368305.9A CN202211368305A CN115488484A CN 115488484 A CN115488484 A CN 115488484A CN 202211368305 A CN202211368305 A CN 202211368305A CN 115488484 A CN115488484 A CN 115488484A
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Abstract

本发明公开了一种提高过共析钢轨闪光焊接头正火区硬度的方法。所述方法包括：对钢轨进行闪光焊接；利用淬火装置对焊接后钢轨的接头处进行淬火；其中，焊接后钢轨在生产线上沿钢轨纵向方向移动，所述淬火装置包括导轨以及能够沿所述导轨移动的主体单元，所述导轨的延伸方向与钢轨的移动方向相同，所述利用淬火装置所述对焊接后钢轨的接头处进行淬火，包括：使得所述主体单元跟随钢轨移动，并在钢轨移动过程中对钢轨接头处的轨头顶面、轨头侧面以及轨头下颚部吹送气体使其冷却。本发明能够提高过共析钢轨闪光焊接头正火区硬度。

Description

提高过共析钢轨闪光焊接头正火区硬度的方法
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种提高过共析钢轨闪光焊接头正火区硬度的方法。
背景技术
在钢轨焊接接头的上道服役过程中，钢轨接头的结合强度决定了钢轨接头是否容易发生疲劳或脆性断裂；钢轨接头的纵断面硬度决定了接头不同微区的平顺性。在钢轨焊接领域，不同国家及地区对钢轨接头的性能评估方法均有详细规定。国际上主流的钢轨闪光焊接标准主要有中国铁道行业标准系列标准TB/T 1632.2《钢轨焊接第2部分：闪光焊接》、美国铁路工程协会手册AMERICAN RARILWAY ENGINEERING AND MAINTENANCE-OF-WAYASSOCIATION(AREMA)、欧标BS EN 14587-3:2012,Rail way applications-Track-Flashbutt welding of rails.Part 3:Welding in association with crossingconstruction以及澳标AS1085.20-2012,Railway track material Part20：Welding ofsteel rail。所有现行适用于珠光体和过共析钢轨闪光焊接标准和企业技术条件中，对钢轨闪光焊接头质量评估的项目、方法及要求均做出详细规定。中国铁标TB/T 1632中规定的检验项目包括探伤、落锤、静弯、疲劳、硬度、宏观低倍、显微组织、冲击和拉伸性能等。国外标准和企业技术条件对接头的检验项目类别相差不大，仅在检验方法和技术要求上有差别。但与国内相比无落锤、冲击和拉伸性能。
为满足重载钢轨耐磨损、耐剥离及耐疲劳性能的提升，目前广泛使用的珠光体型钢轨的性能主要是通过添加合金元素以及利用在线热处理工艺两种手段，来优化其显微组织，如控制珠光体团大小、降低珠光体片层间距等，可使共析珠光体型钢轨获得硬度为370HB、抗拉强度为1280MPa的极限力学性能，这一力学性能虽然满足大部分重载线路需求，但并不能满足目前超大载重量、行车密度高且小半径线路的需求。要使得钢轨力学性能进一步提高，需降低等温温度火提升冷却速度，这容易使马氏体和贝氏体等一场组织出现，钢轨硬度虽然得以提高，但脆性大幅增加，极易发生断裂，严重危害行车安全。经过多年研究，技术人员采用通过增加基体中渗碳体片厚度和渗碳体密度来提升钢轨的硬度与耐磨性，即提高碳含量以获得更高的硬度。一般而言，钢中碳含量超过0.77％且基体组织中渗碳体的比例超过12％时的钢统称为过共析钢。但在钢轨生产领域，通常将碳含量超过0.90％的钢轨称之为过共析钢轨。
目前，钢轨主流的焊接方法是闪光焊接。钢轨闪光焊接是利用电流通过钢轨端部接触面上细小接触点的电阻及电弧产生的热量，将钢轨待焊端部加热，在适当的时间后对接头施加压力，使钢轨对接表面整个区域同时牢固结合起来的电阻焊方法。其自动化程度高、焊接质量稳定，是国内外无缝线路现场施工焊接的主要方法。按其生产方式主要分为固定式闪光焊和移动式闪光焊两种。固定式闪光焊通常将焊接设备固定与厂房内，故通常也被称为厂焊或基地焊接。固定式闪光焊通常是通过直接将钢轨进行短路，利用电阻热的方式将钢轨进行加热，加热过程并不(或少量)伴随闪光。
钢轨闪光焊接头正火区是指焊接加热及冷却过程中相变规律与热处理正火过程相同的区域，因其通常经过再次奥氏体化，故该区域也被称为再奥氏体化区。通常情况下，钢轨闪光焊接正火区的显微组织、拉伸以及冲击性能会优于母材。但不同化学成分和供货状态的钢轨，其闪光焊接头再奥氏体化区域的硬度指标与母材相比会有不同的状态。一般而言，钢轨的硬度主要由冷却速率决定，同样起始温度的钢轨材质金属，冷却过程中的冷却速率越大，硬度越高。热轧供货状态的钢轨，轧制完成后为空气中自然冷却，因整支钢轨均处于高温状态，其冷却速率通常较慢；热处理供货状态的热处理钢轨，轧制完成后经过一定的工艺加速冷却，其冷却速率通常较快。同样化学成分的钢轨，热处理态钢轨的硬度比热轧钢态钢轨的硬度高。如果焊接后再奥氏体化区的冷却速率大于母材的冷却速率，则再奥氏体化区的硬度将高于母材；如果焊接后再奥氏体化区的冷却速率小于母材的冷却速率，则再奥氏体化区的硬度将低于母材，再奥氏体区化硬度与钢轨母材相比，过高或过低均对接头服役过程中的平顺性造成影响。综上所述，为获得质量优良、服役性能好的钢轨接头，需要将钢轨闪光焊接再奥氏体化区硬度控制在与母材硬度相当的范围内，即与母材硬度的比值等于1为最优，且无马氏体、贝氏体等异常有害组织。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种提高过共析钢轨闪光焊接头正火区硬度的方法，以解决重载铁路用高强过共析钢轨固定闪光焊接头正火区硬度过低无法满足标准要求的问题。
根据本发明的一个方面，提出一种提高过共析钢轨闪光焊接头正火区硬度的方法，包括：对钢轨进行闪光焊接；利用淬火装置对焊接后钢轨的接头处进行淬火；其中，焊接后钢轨在生产线上沿钢轨纵向方向移动，所述淬火装置包括导轨以及能够沿所述导轨移动的主体单元，所述导轨的延伸方向与钢轨的移动方向相同，所述利用淬火装置所述对焊接后钢轨的接头处进行淬火，包括：使得所述主体单元跟随钢轨移动，并在钢轨移动过程中对钢轨接头处的轨头顶面、轨头侧面以及轨头下颚部吹送气体使其冷却；或者其中，焊接后钢轨在生产线上沿钢轨纵向方向移动，所述淬火装置包括沿钢轨移动方向排列的多个淬火单元，所述利用淬火装置所述对焊接后钢轨的接头处进行淬火，包括：在钢轨移动过程中，使得钢轨接头依次通过多个所述淬火单元，并使得多个所述淬火单元对钢轨接头处的轨头顶面、轨头侧面以及轨头下颚部吹送气体使其冷却。
根据本发明的一个实施例，闪光焊接过程包括以下阶段：闪平阶段、预热阶段、加速烧化阶段、顶锻阶段、锻造阶段以及后热保压阶段；在所述闪平阶段，相位控制参数为700‰～810‰，闪光电流设定为8.0kA～11.0kA；在所述顶锻阶段，顶锻位移极限为28.0mm～35.0mm，顶锻压力设定值为480.0kN～660.0kN。
根据本发明的一个实施例，在所述预热阶段，加热时间为4.0s～5.0s，相位控制参数为440‰～500‰，热传导时间为1.0s～1.5s，预热循环次数为8～12次；和/或在所述加速烧化阶段，相位控制参数为680‰～990‰，闪光电流设定为8.0kA～240.0kA；和/或在所述锻造阶段，位移极限为5.0mm～10.0mm，锻造时间极限为1.0s～2.5s，锻造平均速度为0.50mm/s～2.0mm/s；和/或在所述后热保压阶段，加热时间为0.3s～1.0s，相位控制参数为0‰～275‰。
根据本发明的一个实施例，当所述淬火装置包括所述导轨和所述主体单元时，钢轨的移动速度为0.08m/s～1.0m/s，所述淬火装置的有效喷风总长度为10m～50m；当所述淬火装置包括多个所述淬火单元时，钢轨的移动速度为0.2m/s～2.5m/s，所述淬火装置的有效喷风总长度为10m～50m。
根据本发明的一个实施例，使得所述主体单元或所述淬火单元的出气孔与相应的所述轨头顶面、轨头侧面或轨头下颚部表面之间的距离为20mm～40mm；和/或所述气体为压缩空气，所述压缩空气进入所述淬火装置前的压力值为50kPa～300kPa。
根据本发明的一个实施例，使得钢轨接头正火区硬度与钢轨母材硬度的比值为0.90～1.05。
根据本发明的一个实施例，所述钢轨中碳的质量分数为0.90％～1.20％、硅的质量分数为0.10％～1.00％、锰的质量分数为0.60％～1.50％、磷和硫的质量分数均不超过0.020％，铬的质量分数不超过0.3％以及钒的质量分数不超过0.01％。
根据本发明的另一方面，提出一种用于对闪光焊后的钢轨进行淬火的装置，其中，待淬火钢轨在生产线上沿钢轨纵向方向移动，所述装置包括：导轨，所述导轨的延伸方向与待淬火钢轨的移动方向相同；主体单元，所述主体单元能够沿所述导轨移动；所述主体单元包括：第一送风部、第二送风部和第三送风部，所述第一送风部、所述第二送风部和所述第三送风部的长度方向与所述导轨的延伸方向相同，所述第一送风部、所述第二送风部和所述第三送风部设置有沿各自的长度方向排列的多个出气孔；所述第一送风部设于待淬火钢轨的轨头顶面外侧，并且所述第一送风部的出气孔朝向所述轨头顶面；所述第二送风部设于待淬火钢轨的轨头侧面外侧，并且所述第二送风部的出气孔朝向所述轨头侧面；所述第三送风部设于待淬火钢轨的轨头下颚部外侧，并且所述第三送风部的出气孔朝向所述轨头下颚部表面。
根据本发明的另一方面，提出一种用于对闪光焊后的钢轨进行淬火的装置，其中，待淬火钢轨在生产线上沿钢轨纵向方向移动，所述装置包括沿待淬火钢轨的移动方向排列的多个淬火单元，所述淬火单元包括：第一送风部、第二送风部和第三送风部，所述第一送风部、所述第二送风部和所述第三送风部的长度方向与钢轨的移动方向相同，所述第一送风部、所述第二送风部和所述第三送风部设置有沿各自的长度方向排列的多个出气孔；所述第一送风部设于待淬火钢轨的轨头顶面外侧，并且所述第一送风部的出气孔朝向所述轨头顶面；所述第二送风部设于待淬火钢轨的轨头侧面外侧，并且所述第二送风部的出气孔朝向所述轨头侧面；所述第三送风部设于待淬火钢轨的轨头下颚部外侧，并且所述第三送风部的出气孔朝向所述轨头下颚部表面。
根据本发明的一个实施例，多个所述出气孔与相应的所述轨头顶面、轨头侧面或轨头下颚部表面之间的距离为20mm～40mm；和/或所述第一送风部、所述第二送风部和所述第三送风部的长度均大于等于150mm；和/或所述第一送风部为盒状，所述主体单元的所述第一送风部的宽度大于等于70mm，或者所述淬火单元的所述第一送风部的宽度大于等于75mm；和/或所述第二送风部和所述第三送风部为管状，所述第二送风部和所述第三送风部的内直径为25mm～30mm；和/或所述出气孔的直径为1mm～3mm，相邻出气孔之间的距离为5mm～15mm。
在根据本发明实施例的提高过共析钢轨闪光焊接头正火区硬度的方法中，通过对淬火过程进行改进，有利于控制合适的冷却速率，进而实现提高过共析钢轨闪光焊接头正火区硬度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出根据本发明一个实施例的提高过共析钢轨闪光焊接头正火区硬度的方法的流程图；
图2示出根据本发明另一实施例的提高过共析钢轨闪光焊接头正火区硬度的方法的流程图；
图3示出利用本发明实施例的提高过共析钢轨闪光焊接头正火区硬度的方法获得的钢轨闪光焊接头正火区硬度曲线的示意图。
图4示出根据本发明实施例的用于对闪光焊后的钢轨进行淬火的装置的示意图；
图5示出图4的装置的另一示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
图1示出根据本发明一个实施例的提高过共析钢轨闪光焊接头正火区硬度的方法的流程图。如图1所示，所述方法包括：
对钢轨进行闪光焊接；
利用淬火装置对焊接后钢轨的接头处进行淬火；
其中，焊接后钢轨在生产线上沿钢轨纵向方向移动，所述淬火装置包括导轨以及能够沿所述导轨移动的主体单元，所述导轨的延伸方向与钢轨的移动方向相同，所述利用淬火装置所述对焊接后钢轨的接头处进行淬火，包括：
使得所述主体单元跟随钢轨移动，并在钢轨移动过程中对钢轨接头处的轨头顶面、轨头侧面以及轨头下颚部吹送气体使其冷却。
钢轨可以沿生产线辊道移动，在移动过程中依次经过前端工序、焊接工序、淬火工序和后端工序。通过在钢轨移动过程中利用主体单元10跟随接头移动对其进行冷却，可以保证钢轨的整个焊接及后续处理过程持续进行，避免影响生产效率。通过对钢轨进行淬火处理，可以调节钢轨焊接头的硬度，改善钢轨性能。轨头顶面、轨头侧面以及轨头下颚部是开展钢轨性能检测的主要部位，本发明着重对这些部位进行冷却，可以在保证钢轨性能合格的基础上节约能源和成本。
所述导轨的第一端靠近焊机设置，第二端远离焊机。主体单元10从所述导轨的第一端向第二端移动，移动至第二端后再回到第一端。移动过程中，主体单元10运行方向和速度与钢轨保持一致，其中心位置与钢轨闪光焊接头中心重合。
图2示出根据本发明另一实施例的提高过共析钢轨闪光焊接头正火区硬度的方法的流程图。如图2所示，所述方法包括：
对钢轨进行闪光焊接；
利用淬火装置对焊接后钢轨的接头处进行淬火；
其中，焊接后钢轨在生产线上沿钢轨纵向方向移动，所述淬火装置包括沿钢轨移动方向排列的多个淬火单元，所述利用淬火装置所述对焊接后钢轨的接头处进行淬火，包括：
在钢轨移动过程中，使得钢轨接头依次通过多个所述淬火单元，并使得多个所述淬火单元对钢轨接头处的轨头顶面、轨头侧面以及轨头下颚部吹送气体使其冷却。
在一些实施例中，相邻淬火单元20之间可以留有一定间隙，多个淬火单元20等间距均匀排列。在更优选的实施例中，相邻淬火单元20紧密连接，保证持续的、良好的冷却效果。通过设置依次排列的多个淬火单元20，相较于设置整个一体的淬火单元20，可以保证多个淬火单元20的独立性，可以对各个淬火单元20的气体压力进行单独调控，便于单独检修、替换，同时还能保证良好的技术可行性，可以减小生产制造难度。
当所述淬火装置包括所述导轨和所述主体单元时，钢轨的移动速度为0.08m/s～1.0m/s，所述淬火装置的有效喷风总长度为10m～50m；当所述淬火装置包括多个所述淬火单元时，钢轨的移动速度为0.2m/s～2.5m/s，所述淬火装置的有效喷风总长度为10m～50m。
有效喷风总长度可以由主体单元10自身的喷风长度及其移动距离确定，或者由多个淬火单元20的喷风长度的综合确定。结合以上限定的速度值以及有效喷风总长度值，可以限定合理的冷却时间。当淬火装置为移动式装置(即包括导轨和主体单元10)时，相较于淬火装置为静止式装置(即包括多个淬火单元20)，淬火装置的操作实施难度更大，相应地在采用移动式淬火装置的实施例中，钢轨的移动速度更小一些。
在一些实施例中，使得主体单元10或淬火单元20的出气孔与相应的所述轨头顶面、轨头侧面或轨头下颚部表面之间的距离为20mm～40mm(例如，图中a1可以为20mm～40mm，a2可以为30mm)；和/或所述气体为压缩空气，所述压缩空气进入所述淬火装置前的压力值为50kPa～300kPa。从而保证合适的气体吹送强度，进而保证合适的冷却速率，有利于提高闪光焊接头正火区硬度。
除了通过控制淬火过程来调节闪光焊接头正火区硬度之外，本发明进一步通过改进闪光焊接过程的参数，特别是改进闪平阶段和顶锻阶段的参数，来调节闪光焊接头正火区硬度。
本发明的方法可以采用钢轨固定式闪光焊机实现，在固定闪光焊接过程中，利用待焊钢轨短路产生的电阻热对钢轨进行加热，并且在顶锻完成后进行锻造处理。为达到提高过共析钢轨接头正火区硬度的目的，除了在焊接完成后对接头进行空气淬火处理、控制接头冷却过程的冷却速率之外，还需严格控制焊接过程的热量输入。本发明通过改进闪光焊接过程各阶段的参数来实现焊接过程合理的热量输入。
在本发明的实施例中，闪光焊接过程包括以下阶段：闪平阶段、预热阶段、加速烧化阶段、顶锻阶段、锻造阶段以及后热保压阶段。其中闪平阶段和顶锻阶段对焊接过程热量输入的影响较为显著。
闪平阶段主要通过在钢轨上加载一定的电流，利用过梁爆破将固态金属转变成熔融态金属从而使得待焊端面无限趋于平整，为后续钢轨全断面的均匀短路加热提供条件。该阶段中相位控制、闪光电流设定等参数是影响焊接过程的热量输入的主要因素。在本发明的实施例中，在所述闪平阶段，相位控制参数为700‰～810‰，闪光电流设定为8.0kA～11.0kA。
顶锻阶段主要是通过待焊钢轨两端同时施加向内的载荷，大部分熔融金属和具有较低塑性的高温固态金属挤出接头并使钢轨焊合。该阶段中顶锻位移极限和顶锻压力设定值等参数是影响焊接过程热量输入的主要因素。在本发明的实施例中，在所述顶锻阶段，顶锻位移极限为28.0mm～35.0mm，顶锻压力设定值为480.0kN～660.0kN。
除上述两个阶段之外，预热阶段主要是通过在钢轨两端连续多次的短路产生的电阻热将钢轨加热并在钢轨纵向形成需要的温度梯度。该阶段中加热时间、相位控制参数、热传导时间和预热循环次数等参数是影响焊接过程热量输入的主要因素。在本发明的实施例中，在所述预热阶段，加热时间为4.0s～5.0s，相位控制参数为440‰～500‰，热传导时间为1.0s～1.5s，预热循环次数为8～12次。
加速烧化阶段主要是通过连续快速的闪光爆破，在整个焊接区域形成防止端面氧化的保护气氛，为焊接顶锻提供端面保障。该阶段中相位控制参数和闪光电流设定等参数是影响焊接过程热量输入的主要因素。在本发明的实施例中，在所述加速烧化阶段，相位控制参数为680‰～990‰，闪光电流设定为8.0kA～240.0kA。
锻造阶段主要作用是在钢轨顶锻后的接头金属结晶过程中对钢轨接头持续施加载荷并使得接头中温度相对较低区域的塑性金属进一步挤出接头。该阶段中位移极限、锻造时间极限和锻造平均速度等参数是影响焊接过程热量输入的主要因素。在本发明的实施例中，在所述锻造阶段，位移极限为5.0mm～10.0mm，锻造时间极限为1.0s～2.5s，锻造平均速度为0.50mm/s～2.0mm/s。
后热保压阶段主要是通过在钢轨锻造后继续施加载荷，进一步提升接头性能。该阶段中加热时间和相位控制等参数是影响焊接过程热量输入的主要因素。在本发明的实施例中，在所述后热保压阶段，加热时间为0.3s～1.0s，相位控制参数为0‰～275‰。
在本发明的实施例中，所述钢轨为重载铁路用高强过共析钢轨，钢轨中碳的质量分数为0.90％～1.20％、硅的质量分数为0.10％～1.00％、锰的质量分数为0.60％～1.50％、磷和硫的质量分数均不超过0.020％，铬的质量分数不超过0.3％以及钒的质量分数不超过0.01％。
图3示出利用本发明实施例的提高过共析钢轨闪光焊接头正火区硬度的方法获得的钢轨闪光焊接头正火区硬度曲线的示意图。如图3所示，采用本发明的上述方法焊接的重载铁路用高强过共析钢轨接头正火区硬度与钢轨母材硬度的比值为0.90～1.05，在保障接头平顺性的同时，能够容易地满足标准规定的技术指标要求。焊接完成后充分利用焊接后钢轨接头余热，可以在提升接头硬度的同时有效保障生产效率。
图4示出根据本发明实施例的用于对闪光焊后的钢轨进行淬火的装置的示意图，图5示出图4的装置的另一示意图。结合图1、图4和图5，本发明还提出一种用于对闪光焊后的钢轨进行淬火的装置，其中，待淬火钢轨在生产线上沿钢轨纵向方向移动，所述装置包括：导轨，所述导轨的延伸方向与待淬火钢轨的移动方向相同；主体单元10，主体单元10能够沿所述导轨移动；主体单元10包括：第一送风部30、第二送风部40和第三送风部50，第一送风部30、第二送风部40和第三送风部50的长度方向与所述导轨的延伸方向相同，第一送风部30、第二送风部40和第三送风部50设置有沿各自的长度方向排列的多个出气孔60；第一送风部30设于待淬火钢轨的轨头顶面外侧，并且第一送风部30的出气孔60朝向所述轨头顶面；第二送风部40设于待淬火钢轨的轨头侧面外侧，并且第二送风部40的出气孔60朝向所述轨头侧面；第三送风部50设于待淬火钢轨的轨头下颚部外侧，并且第三送风部50的出气孔60朝向所述轨头下颚部表面。
结合图2、图4和图5，本发明还提出一种用于对闪光焊后的钢轨进行淬火的装置，其中，待淬火钢轨在生产线上沿钢轨纵向方向移动，所述装置包括沿待淬火钢轨的移动方向排列的多个淬火单元20，淬火单元20包括：第一送风部30、第二送风部40和第三送风部50，第一送风部30、第二送风部40和第三送风部50的长度方向与钢轨的移动方向相同，第一送风部30、第二送风部40和第三送风部50设置有沿各自的长度方向排列的多个出气孔60；第一送风部30设于待淬火钢轨的轨头顶面外侧，并且第一送风部30的出气孔60朝向所述轨头顶面；第二送风部40设于待淬火钢轨的轨头侧面外侧，并且第二送风部40的出气孔60朝向所述轨头侧面；第三送风部50设于待淬火钢轨的轨头下颚部外侧，并且第三送风部50的出气孔60朝向所述轨头下颚部表面。
在一些实施例中，多个出气孔60与相应的所述轨头顶面、轨头侧面或轨头下颚部表面之间的距离为20mm～40mm；和/或第一送风部30、第二送风部40和第三送风部50的长度a3均大于等于150mm；和/或第一送风部30为盒状，主体单元10的第一送风部30的宽度a4大于等于70mm，或者淬火单元20的第一送风部30的宽度a4大于等于75mm；和/或第二送风部40和第三送风部50为管状，第二送风部40和第三送风部50的内直径为25mm～30mm；和/或出气孔60的直径为1mm～3mm，相邻出气孔60之间的距离a5为5mm～15mm。通过对主体单元10和淬火单元20的这些结构参数进行设计，可以保证合适的冷却效果。
下面根据具体的实施例和对比例进行说明。
实施例1
本实施例中试验用钢轨材料中碳的质量分数为0.93％、硅的质量分数为于0.67％、锰的质量分数为1.23％、钢轨的抗拉强度为1280MPa～1400MPa，轨头硬度为405HB～415HB。固定闪光焊接闪平阶段的相位控制参数为800‰，闪光电流设定为11.0kA；预热阶段的加热时间为5.0s，相位控制参数为500‰，热传导时间为1.5s，预热循环次数为12次；加速烧化阶段的相位控制参数为890‰，闪光电流设定为15.0kA～240.0kA；顶锻位移极限为30.0mm，顶锻压力设定值为600.0kN；锻造阶段位移极限为10.0mm，锻造时间极限为2.3s，锻造平均速度为0.8mm/s；后热保压阶段的加热时间为1.0s，相位控制参数105‰。焊接结束后，钢轨以某一特定的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置，在具有特定压力的压缩空气的作用下，具有焊接余热的钢轨焊接接头被加速冷却。其中钢轨运行速度为0.3m/s；余热淬火装置的有效喷风总长度为40m；淬火装置主体单元从余热淬火装置靠焊机一侧往远端运行，运行至整个装置的端部后，回到余热淬火装置起始端，且淬火装置主体单元运行方向和速度与钢轨保持一致；淬火装置主体单元风盒及风管的长度为150mm、轨顶面风盒的宽度为75mm；风管内部直径为Φ30mm；风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为20mm；出气孔直径为Φ3mm；出气孔间距为5mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为250kPa。经检验，本实施例中钢轨接头正火区硬度与钢轨母材硬度的比值为0.95，有效保障了接头平顺性，技术指标满足标准规定。同时接头中标准检验部位的显微组织为珠光体，无马氏体或贝氏体等异常组织。接头其与性能均满足标准技术要求。
实施例2
本实施例中试验用钢轨材料中碳的质量分数为1.17％、硅的质量分数为于0.31％、锰的质量分数为0.62％、钢轨的抗拉强度为1420MPa～1480MPa，轨头硬度为420HB～435HB。固定闪光焊接闪平阶段的相位控制参数为700‰，闪光电流设定为8.0kA；预热阶段的加热时间为4.0s，相位控制参数为440‰，热传导时间为1.0s，预热循环次数为8次；加速烧化阶段的相位控制参数为680‰，闪光电流设定为8.0kA～150.0kA；顶锻位移极限为28.0mm，顶锻压力设定值为480.0kN；锻造阶段位移极限为5.0mm，锻造时间极限为1.0s，锻造平均速度为0.50mm/s；后热保压阶段的加热时间为0.3ss，相位控制参数为0‰。焊接结束后，钢轨以某一特定的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置，在具有特定压力的压缩空气的作用下，具有焊接余热的钢轨焊接接头被加速冷却。其中钢轨运行速度为1.0m/s；余热淬火装置的有效喷风总长度为20m；淬火装置主体单元从余热淬火装置靠焊机一侧往远端运行，运行至整个装置的端部后，回到余热淬火装置起始端，且淬火装置主体单元运行方向和速度与钢轨保持一致；淬火装置主体单元风盒及风管的长度为150mm、轨顶面风盒的宽度为70mm；风管内部直径为Φ25mm；风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为40mm；出气孔直径为Φ1mm；出气孔间距为15mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为50kPa。经检验，本实施例中钢轨接头正火区硬度与钢轨母材硬度的比值为1.02，有效保障了接头平顺性，技术指标满足标准规定。同时接头中标准检验部位的显微组织为珠光体，无马氏体或贝氏体等异常组织。接头其与性能均满足标准技术要求。
实施例3
本实施例中试验用钢轨材料中碳的质量分数为0.93％、硅的质量分数为于0.51％、锰的质量分数为0.96％、钢轨的抗拉强度为1380MPa～1420MPa，轨头硬度为410HB～425HB。固定闪光焊接闪平阶段的相位控制参数为750‰，闪光电流设定为10.0kA；预热阶段的加热时间为4.3s，相位控制参数为480‰，热传导时间为1.2s，预热循环次数为11次；加速烧化阶段的相位控制参数为800‰，闪光电流设定为8.0kA～240.0kA；顶锻位移极限为30.0mm，顶锻压力设定值为500.0kN；锻造阶段位移极限为8.0mm，锻造时间极限为2.2s，锻造平均速度为1.4mm/s；后热保压阶段的加热时间为0.8s，相位控制参数为105‰。焊接结束后，钢轨以某一特定的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置，在具有特定压力的压缩空气的作用下，具有焊接余热的钢轨焊接接头被加速冷却。其中钢轨运行速度为0.6m/s；余热淬火装置的有效喷风总长度为50m；淬火装置主体单元从余热淬火装置靠焊机一侧往远端运行，运行至整个装置的端部后，回到余热淬火装置起始端，且淬火装置主体单元运行方向和速度与钢轨保持一致；淬火装置主体单元风盒及风管的长度为150mm、轨顶面风盒的宽度为75mm；风管内部直径为Φ25mm；风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为35mm；出气孔直径为Φ2mm；出气孔间距为12mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为200kPa。经检验，本实施例中钢轨接头正火区硬度与钢轨母材硬度的比值为0.98，有效保障了接头平顺性，技术指标满足标准规定。同时接头中标准检验部位的显微组织为珠光体，无马氏体或贝氏体等异常组织。接头其与性能均满足标准技术要求。
实施例4
本实施例中试验用钢轨材料中碳的质量分数为0.91％、硅的质量分数为于0.46％、锰的质量分数为0.81％、钢轨的抗拉强度为1200MPa～1300MPa，轨头硬度为405HB～415HB。固定闪光焊接闪平阶段的相位控制参数为800‰，闪光电流设定为11.0kA；预热阶段加热时间为5.0s，相位控制参数为495‰，热传导时间为1.5s，预热循环次数为12次；加速烧化阶段的相位控制参数为770‰，闪光电流设定为10kA～220.0kA；顶锻阶段的顶锻位移极限为35.0mm，顶锻压力设定值为660.0kN；锻造阶段位移极限为10.0mm，锻造时间极限为1.5s，锻造平均速度为2.0mm/s；后热保压阶段的加热时间为1.0s，相位控制参数为275‰。焊接结束后，钢轨以某一特定的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置，在具有特定压力的压缩空气的作用下，具有焊接余热的钢轨焊接接头被加速冷却的过程。其中钢轨运行速度为0.2m/s；焊接工序后端的余热淬火装置的有效淬火总长度为40m；独立淬火单元风盒及风管的长度为160mm、轨顶面风盒的宽度为72mm、风管内部直径为Φ30mm，风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为20mm，且均匀分布若干出气孔，出气孔直径为Φ3mm，出气孔间距为8mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为300kPa。经检验，本实施例中钢轨接头正火区硬度与钢轨母材硬度的比值为0.95，有效保障了接头平顺性，技术指标满足标准规定。同时接头中标准检验部位的显微组织为珠光体，无马氏体或贝氏体等异常组织。接头其与性能均满足标准技术要求。
实施例5
本实施例中试验用钢轨材料中碳的质量分数为1.18％、硅的质量分数为于0.56％、锰的质量分数为0.78％、钢轨的抗拉强度为1380MPa～1480MPa，轨头硬度为425HB～450HB。固定闪光焊接闪平阶段的相位控制参数为700‰，闪光电流设定为8.5kA；预热阶段加热时间为4.0s，相位控制参数为440‰，热传导时间为1.0s，预热循环次数为8次；加速烧化阶段的相位控制参数为900‰，闪光电流设定为8.0kA～200.0kA；顶锻阶段的顶锻位移极限为28.0mm，顶锻压力设定值为480.0kN；锻造阶段位移极限为5.0mm，锻造时间极限为1.0s，锻造平均速度为0.50mm/s；后热保压阶段的加热时间为0.3ss，相位控制参数为100‰。焊接结束后，钢轨以某一特定的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置，在具有特定压力的压缩空气的作用下，具有焊接余热的钢轨焊接接头被加速冷却的过程。其中钢轨运行速度为2.0m/s；焊接工序后端的余热淬火装置的有效淬火总长度为20m；独立淬火单元风盒及风管的长度为150mm、轨顶面风盒的宽度为70mm、风管内部直径为Φ25mm，风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为30mm，且均匀分布若干出气孔，出气孔直径为Φ2mm，出气孔间距为10mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为100kPa。经检验，本实施例中钢轨接头正火区硬度与钢轨母材硬度的比值为1.02，有效保障了接头平顺性，技术指标满足标准规定。同时接头中标准检验部位的显微组织为珠光体，无马氏体或贝氏体等异常组织。接头其与性能均满足标准技术要求。
实施例6
本实施例中试验用钢轨材料中碳的质量分数为1.10％、硅的质量分数为于0.73％、锰的质量分数为1.10％、钢轨的抗拉强度为1300MPa～1420MPa，轨头硬度为415HB～440HB。固定闪光焊接闪平阶段的相位控制参数为780‰，闪光电流设定为10.0kA；预热阶段加热时间为4.5s，相位控制参数为480‰，热传导时间为1.2，预热循环次数为10次；加速烧化阶段的相位控制参数为880‰，闪光电流设定为10kA～180.0kA；顶锻阶段的顶锻位移极限为30.0mm，顶锻压力设定值为560.0kN；锻造阶段位移极限为8.0mm，锻造时间极限为2.0s，锻造平均速度为1.8mm/s；后热保压阶段的加热时间为0.8s，相位控制参数为180‰。焊接结束后，钢轨以某一特定的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置，在具有特定压力的压缩空气的作用下，具有焊接余热的钢轨焊接接头被加速冷却的过程。其中钢轨运行速度为1.0m/s；焊接工序后端的余热淬火装置的有效淬火总长度为35m；独立淬火单元风盒及风管的长度为155mm、轨顶面风盒的宽度为72mm、风管内部直径为Φ25mm，风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为30mm，且均匀分布若干出气孔，出气孔直径为Φ2mm，出气孔间距为10mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为200kPa。经检验，本实施例中钢轨接头正火区硬度与钢轨母材硬度的比值为0.98，有效保障了接头平顺性，技术指标满足标准规定。同时接头中标准检验部位的显微组织为珠光体，无马氏体或贝氏体等异常组织。接头其与性能均满足标准技术要求。
对比例1
本对比例中钢轨材料成分和焊接过程与实施例3相同。在本对比例中，焊接结束后，钢轨以某一特定的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置，在具有特定压力的压缩空气的作用下，具有焊接余热的钢轨焊接接头被加速冷却。其中钢轨运行速度为0.06m/s；余热淬火装置的有效喷风总长度为60m；淬火装置主体单元从余热淬火装置靠焊机一侧往远端运行，运行至整个装置的端部后，回到余热淬火装置起始端，且淬火装置主体单元运行方向和速度与钢轨保持一致；淬火装置主体单元风盒及风管的长度为200mm、轨顶面风盒的宽度为70mm；风管内部直径为Φ35mm；风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为15mm；出气孔直径为Φ4mm；出气孔间距为5mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为400kPa。经检验，本对比例中钢轨接头正火区硬度与钢轨母材硬度的比值为1.35，接头局部硬度过高，无法保障接头平顺性，技术指标不满足标准规定。同时接头中标准检验部位检验到马氏体异常组织。本对比例中与实施例3的主要区别在于焊后淬火装置和淬火方法上。焊接完成后，钢轨以一定速度通过淬火装置，且淬火装置长、压缩空气压力大，导致钢轨接头冷却速度过快，使得接头正火区硬度提升超过标准要求范围，同时显微组织也出现异常。即，在钢轨材质和焊接方法相同的情况下，采用本对比例方法无法达到预期效果。
对比例2
本对比例中钢轨材料成分和焊接过程与实施例3相同。在本对比例中，焊接结束后，钢轨以某一特定的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置，在具有特定压力的压缩空气的作用下，具有焊接余热的钢轨焊接接头被加速冷却。其中钢轨运行速度为1.5m/s；余热淬火装置的有效喷风总长度为8m；淬火装置主体单元从余热淬火装置靠焊机一侧往远端运行，运行至整个装置的端部后，回到余热淬火装置起始端，且淬火装置主体单元运行方向和速度与钢轨保持一致；淬火装置主体单元风盒及风管的长度为150mm、轨顶面风盒的宽度为70mm；风管内部直径为Φ20mm；风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为50mm；出气孔直径为Φ0.8mm；出气孔间距为20mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为45kPa。经检验，本对比例中钢轨接头正火区硬度与钢轨母材硬度的比值为0.68，无法满足标准要求。本对比例中与实施例3的主要区别在于焊后淬火装置和淬火方法上。焊接完成后，钢轨以超过预设范围(0.08m/s～1.0m/s)的运行速度通过淬火装置，且淬火装置长度短、压缩空气压力小，导致钢轨接头冷却速度过慢，无法使得接头正火区硬度提升。即，在钢轨材质和焊接方法相同的情况下，采用本对比例方法无法达到预期效果。
对比例3
本对比例中试验用钢轨材料中碳的质量分数为0.93％、硅的质量分数为于0.51％、锰的质量分数为0.96％、钢轨的抗拉强度为1380MPa～1420MPa，轨头硬度为410HB～425HB。固定闪光焊接闪平阶段的相位控制参数为990‰，闪光电流设定20.0kA；预热阶段的加热时间为6.0s，相位控制参数为650‰，热传导时间为2.5s，预热循环次数为14次；加速烧化阶段的相位控制参数为890‰，闪光电流设定为20.0kA～300.0kA；顶锻位移极限为35.0mm，顶锻压力设定值为660.0kN；锻造阶段位移极限为15.0mm，锻造时间极限为3.0s，锻造平均速度2.5mm/s；后热保压阶段的加热时间为1.8s，相位控制参数为350‰。焊接结束后，钢轨以某一特定的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置，在具有特定压力的压缩空气的作用下，具有焊接余热的钢轨焊接接头被加速冷却。其中钢轨运行速度为0.6m/s；余热淬火装置的有效喷风总长度为50m；淬火装置主体单元从余热淬火装置靠焊机一侧往远端运行，运行至整个装置的端部后，回到余热淬火装置起始端，且淬火装置主体单元运行方向和速度与钢轨保持一致；淬火装置主体单元风盒及风管的长度为150mm、轨顶面风盒的宽度为75mm；风管内部直径为Φ25mm；风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为35mm；出气孔直径为Φ2mm；出气孔间距为12mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为200kPa。经检验，本对比例中钢轨接头正火区硬度与钢轨母材硬度的比值为1.21，接头局部硬度过高，无法保障接头平顺性，技术指标不满足标准规定。同时接头中标准检验部位检验到马氏体异常组织。本对比例中与实施例3的主要区别在于焊接方法上。本对比例中采用超过权利要求的相位控制参数和各阶段电流设定值，焊接热输入量过大，在焊接完成的淬火过程中，钢轨接头冷却速度过快，使得接头正火区硬度提升超过标准要求范围，同时显微组织也出现异常。即，在钢轨材质和淬火方法相同的情况下，采用本对比例方法无法达到预期效果。
对比例4
本对比例中试验用钢轨材料中碳的质量分数为0.93％、硅的质量分数为于0.51％、锰的质量分数为0.96％、钢轨的抗拉强度为1380MPa～1420MPa，轨头硬度为410HB～425HB。固定闪光焊接闪平阶段的相位控制参数为500‰，闪光电流设定为5.0kA；预热阶段的加热时间为3.0s，相位控制参数为400‰，热传导时间为0.8s，预热循环次数为6次；加速烧化阶段的相位控制参数为580‰，闪光电流设定为1.0kA～140.0kA；顶锻位移极限为20.0mm，顶锻压力设定值为400.0kN；锻造阶段位移极限为4.0mm，锻造时间极限为0.8s，锻造平均速度为0.4mm/s；后热保压阶段的加热时间为0.3s，相位控制参数为0‰。焊接结束后，钢轨以某一特定的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置，在具有特定压力的压缩空气的作用下，具有焊接余热的钢轨焊接接头被加速冷却。其中钢轨运行速度为0.6m/s；余热淬火装置的有效喷风总长度为50m；淬火装置主体单元从余热淬火装置靠焊机一侧往远端运行，运行至整个装置的端部后，回到余热淬火装置起始端，且淬火装置主体单元运行方向和速度与钢轨保持一致；淬火装置主体单元风盒及风管的长度为150mm、轨顶面风盒的宽度为75mm；风管内部直径为Φ25mm；风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为35mm；出气孔直径为Φ2mm；出气孔间距为12mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为200kPa。经检验，本对比例中钢轨接头正火区硬度与钢轨母材硬度的比值为0.71，有效保障了接头平顺性，技术指标满足标准规定。同时接头中标准检验部位的显微组织为珠光体，无马氏体或贝氏体等异常组织。本对比例中采用低于权利要求的相位控制参数和各阶段电流设定值，焊接热输入量过小，在焊接完成的淬火过程中，钢轨接头冷却速度过快，使得接头正火区硬度低于标准要求范围。即，在钢轨材质和淬火方法相同的情况下，采用本对比例方法无法达到预期效果。
对比例5
本对比例中钢轨材料成分和焊接过程与实施例6相同。在本对比例中，焊接结束后，钢轨以某一特定的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置，在具有特定压力的压缩空气的作用下，具有焊接余热的钢轨焊接接头被加速冷却的过程。其中钢轨运行速度为3.0m/s；焊接工序后端的余热淬火装置的有效淬火总长度为8m；独立淬火单元风盒及风管的长度为150mm、轨顶面风盒的宽度为70mm、风管内部直径为Φ25mm，风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为30mm，且均匀分布若干出气孔，出气孔直径为Φ2mm，出气孔间距为20mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为40kPa。经检验，本对比例中钢轨接头正火区硬度与钢轨母材硬度的比值为0.75，无法满足标准要求。本对比例中与实施例6的主要区别在于焊后淬火装置和淬火方法上。焊接完成后，钢轨以超过预设范围(0.2m/s～2.5m/s)的运行速度通过淬火装置，且淬火装置长度短、压缩空气压力小，导致钢轨接头冷却速度过慢，无法使得接头正火区硬度提升。即，在钢轨材质和焊接方法相同的情况下，采用本对比例方法无法达到预期效果。
对比例6
本对比例中钢轨材料成分和焊接过程与实施例6相同。在本对比例中，焊接结束后，焊接结束后，钢轨以某一特定的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置，在具有特定压力的压缩空气的作用下，具有焊接余热的钢轨焊接接头被加速冷却的过程。其中钢轨运行速度为1.0m/s；焊接工序后端的余热淬火装置的有效淬火总长度为60m；独立淬火单元风盒及风管的长度为150mm、轨顶面风盒的宽度为70mm、风管内部直径为Φ30mm，风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为30mm，且均匀分布若干出气孔，出气孔直径为Φ2mm，出气孔间距为15mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为350kPa。经检验，本对比例中钢轨接头正火区硬度与钢轨母材硬度的比值为1.3，接头局部硬度过高，无法保障接头平顺性，技术指标不满足标准规定。同时接头中标准检验部位检验到马氏体异常组织。本对比例中与实施例6的主要区别在于焊后淬火装置和淬火方法上。焊接完成后，钢轨以一定速度通过淬火装置，且淬火装置长、压缩空气压力大，导致钢轨接头冷却速度过快，使得接头正火区硬度提升超过标准要求范围，同时显微组织也出现异常。即，在钢轨材质和焊接方法相同的情况下，采用本对比例方法无法达到预期效果。
对比例7
本对比例中试验用钢轨材料中碳的质量分数为1.10％、硅的质量分数为于0.73％、锰的质量分数为1.10％、钢轨的抗拉强度为1300MPa～1420MPa，轨头硬度为415HB～440HB。固定闪光焊接闪平阶段的相位控制参数为850‰，闪光电流设定为13.0kA～15.0kA；预热阶段加热时间为6.0s，相位控制参数为550‰，热传导时间为2.0s，预热循环次数为13次；加速烧化阶段的相位控制参数为990‰，闪光电流设定为18.0kA～260.0kA；顶锻阶段的顶锻位移极限为30.0mm，顶锻压力设定值为560.0kN；锻造阶段位移极限为10.0mm，锻造时间极限为2.5s，锻造平均速度为2.0mm/s；后热保压阶段的加热时间为1.0s，相位控制参数为280‰。焊接结束后，钢轨以某一特定的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置，在具有特定压力的压缩空气的作用下，具有焊接余热的钢轨焊接接头被加速冷却的过程。其中钢轨运行速度为1.0m/s；焊接工序后端的余热淬火装置的有效淬火总长度为35m；独立淬火单元风盒及风管的长度为155mm、轨顶面风盒的宽度为72mm、风管内部直径为Φ25mm，风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为30mm，且均匀分布若干出气孔，出气孔直径为Φ2mm，出气孔间距为10mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为200kPa。经检验，本对比例中钢轨接头正火区硬度与钢轨母材硬度的比值为1.25，接头局部硬度过高，无法保障接头平顺性，技术指标不满足标准规定。同时接头中标准检验部位检验到马氏体异常组织。本对比例中与实施例6的主要区别在于焊接方法上。本对比例中采用超过权利要求的相位控制参数和各阶段电流设定值，焊接热输入量过大，在焊接完成的淬火过程中，钢轨接头冷却速度过快，使得接头正火区硬度提升超过标准要求范围，同时显微组织也出现异常。即，在钢轨材质和淬火方法相同的情况下，采用本对比例方法无法达到预期效果。
对比例8
本对比例中试验用钢轨材料中碳的质量分数为1.10％、硅的质量分数为于0.73％、锰的质量分数为1.10％、钢轨的抗拉强度为1300MPa～1420MPa，轨头硬度为415HB～440HB。固定闪光焊接闪平阶段的相位控制参数为600‰，闪光电流设定为5.0kA～8.0kA；预热阶段加热时间为3.5s，相位控制参数为400‰，热传导时间为1.0s，预热循环次数为7次；加速烧化阶段的相位控制参数为600‰，闪光电流设定为5.0kA～120.0kA；顶锻阶段的顶锻位移极限为28.0mm，顶锻压力设定值为480.0kN；锻造阶段位移极限为8.0mm，锻造时间极限为1.0s，锻造平均速度为1.50mm/s；后热保压阶段的加热时间为0.8s，相位控制参数为125‰。焊接结束后，钢轨以某一特定的运行速度，沿钢轨纵向方向通过特殊淬火装置，在具有特定压力的压缩空气的作用下，具有焊接余热的钢轨焊接接头被加速冷却的过程。其中钢轨运行速度为1.0m/s；焊接工序后端的余热淬火装置的有效淬火总长度为35m；独立淬火单元风盒及风管的长度为155mm、轨顶面风盒的宽度为72mm、风管内部直径为Φ25mm，风盒和风管与钢轨表面相邻的一侧的距离为30mm，且均匀分布若干出气孔，出气孔直径为Φ2mm，出气孔间距为10mm；压缩空气进入淬火装置前的压力值为200kPa。经检验，本对比例中钢轨接头正火区硬度与钢轨母材硬度的比值为0.78，有效保障了接头平顺性，技术指标满足标准规定。同时接头中标准检验部位的显微组织为珠光体，无马氏体或贝氏体等异常组织。本对比例中采用低于权利要求的相位控制参数和各阶段电流设定值，焊接热输入量过小，在焊接完成的淬火过程中，钢轨接头冷却速度过快，使得接头正火区硬度低于标准要求范围。即，在钢轨材质和淬火方法相同的情况下，采用本对比例方法无法达到预期效果。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种提高过共析钢轨闪光焊接头正火区硬度的方法，其特征在于，包括：
对钢轨进行闪光焊接；
利用淬火装置对焊接后钢轨的接头处进行淬火；
其中，焊接后钢轨在生产线上沿钢轨纵向方向移动，所述淬火装置包括导轨以及能够沿所述导轨移动的主体单元，所述导轨的延伸方向与钢轨的移动方向相同，所述利用淬火装置所述对焊接后钢轨的接头处进行淬火，包括：
使得所述主体单元跟随钢轨移动，并在钢轨移动过程中对钢轨接头处的轨头顶面、轨头侧面以及轨头下颚部吹送气体使其冷却；或者
其中，焊接后钢轨在生产线上沿钢轨纵向方向移动，所述淬火装置包括沿钢轨移动方向排列的多个淬火单元，所述利用淬火装置所述对焊接后钢轨的接头处进行淬火，包括：
在钢轨移动过程中，使得钢轨接头依次通过多个所述淬火单元，并使得多个所述淬火单元对钢轨接头处的轨头顶面、轨头侧面以及轨头下颚部吹送气体使其冷却。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，闪光焊接过程包括以下阶段：闪平阶段、预热阶段、加速烧化阶段、顶锻阶段、锻造阶段以及后热保压阶段；
在所述闪平阶段，相位控制参数为700‰～810‰，闪光电流设定为8.0kA～11.0kA；
在所述顶锻阶段，顶锻位移极限为28.0mm～35.0mm，顶锻压力设定值为480.0kN～660.0kN。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述预热阶段，加热时间为4.0s～5.0s，相位控制参数为440‰～500‰，热传导时间为1.0s～1.5s，预热循环次数为8～12次；和/或
在所述加速烧化阶段，相位控制参数为680‰～990‰，闪光电流设定为8.0kA～240.0kA；和/或
在所述锻造阶段，位移极限为5.0mm～10.0mm，锻造时间极限为1.0s～2.5s，锻造平均速度为0.50mm/s～2.0mm/s；和/或
在所述后热保压阶段，加热时间为0.3s～1.0s，相位控制参数为0‰～275‰。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述淬火装置包括所述导轨和所述主体单元时，钢轨的移动速度为0.08m/s～1.0m/s，所述淬火装置的有效喷风总长度为10m～50m；
当所述淬火装置包括多个所述淬火单元时，钢轨的移动速度为0.2m/s～2.5m/s，所述淬火装置的有效喷风总长度为10m～50m。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使得所述主体单元或所述淬火单元的出气孔与相应的所述轨头顶面、轨头侧面或轨头下颚部表面之间的距离为20mm～40mm；和/或
所述气体为压缩空气，所述压缩空气进入所述淬火装置前的压力值为50kPa～300kPa。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使得钢轨接头正火区硬度与钢轨母材硬度的比值为0.90～1.05。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钢轨中碳的质量分数为0.90％～1.20％、硅的质量分数为0.10％～1.00％、锰的质量分数为0.60％～1.50％、磷和硫的质量分数均不超过0.020％，铬的质量分数不超过0.3％以及钒的质量分数不超过0.01％。
8.一种用于对闪光焊后的钢轨进行淬火的装置，其特征在于，待淬火钢轨在生产线上沿钢轨纵向方向移动，所述装置包括：
导轨，所述导轨的延伸方向与待淬火钢轨的移动方向相同；
主体单元，所述主体单元能够沿所述导轨移动；
所述主体单元包括：第一送风部、第二送风部和第三送风部，所述第一送风部、所述第二送风部和所述第三送风部的长度方向与所述导轨的延伸方向相同，所述第一送风部、所述第二送风部和所述第三送风部设置有沿各自的长度方向排列的多个出气孔；
所述第一送风部设于待淬火钢轨的轨头顶面外侧，并且所述第一送风部的出气孔朝向所述轨头顶面；
所述第二送风部设于待淬火钢轨的轨头侧面外侧，并且所述第二送风部的出气孔朝向所述轨头侧面；
所述第三送风部设于待淬火钢轨的轨头下颚部外侧，并且所述第三送风部的出气孔朝向所述轨头下颚部表面。
9.一种用于对闪光焊后的钢轨进行淬火的装置，其特征在于，待淬火钢轨在生产线上沿钢轨纵向方向移动，所述装置包括沿待淬火钢轨的移动方向排列的多个淬火单元，所述淬火单元包括：
第一送风部、第二送风部和第三送风部，所述第一送风部、所述第二送风部和所述第三送风部的长度方向与钢轨的移动方向相同，所述第一送风部、所述第二送风部和所述第三送风部设置有沿各自的长度方向排列的多个出气孔；
所述第一送风部设于待淬火钢轨的轨头顶面外侧，并且所述第一送风部的出气孔朝向所述轨头顶面；
所述第二送风部设于待淬火钢轨的轨头侧面外侧，并且所述第二送风部的出气孔朝向所述轨头侧面；
所述第三送风部设于待淬火钢轨的轨头下颚部外侧，并且所述第三送风部的出气孔朝向所述轨头下颚部表面。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，多个所述出气孔与相应的所述轨头顶面、轨头侧面或轨头下颚部表面之间的距离为20mm～40mm；和/或
所述第一送风部、所述第二送风部和所述第三送风部的长度均大于等于150mm；和/或
所述第一送风部为盒状，所述主体单元的所述第一送风部的宽度大于等于70mm，或者所述淬火单元的所述第一送风部的宽度大于等于75mm；和/或
所述第二送风部和所述第三送风部为管状，所述第二送风部和所述第三送风部的内直径为25mm～30mm；和/或
所述出气孔的直径为1mm～3mm，相邻出气孔之间的距离为5mm～15mm。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115722779A (zh) * 2022-11-03 2023-03-03 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 减小过共析钢轨闪光焊接头热影响区宽度的方法
WO2024093182A1 (zh) * 2022-11-03 2024-05-10 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 一种提高过共析钢轨接头再奥氏体化区硬度的方法及装置

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4573666A (en) * 1983-08-05 1986-03-04 Nippon Kokan Kabushiki Kaisha Apparatus for quenching butt-welded portion of rail
CN2111292U (zh) * 1991-12-26 1992-07-29 冶金工业部攀枝花钢铁公司 钢轨热处理用冷却装置
US5183519A (en) * 1987-03-19 1993-02-02 Chemetron-Railway Products, Inc. Method for quenching railway rail heads
CN2183371Y (zh) * 1993-08-09 1994-11-23 攀枝花钢铁(集团)公司轨梁厂 钢轨轨端随动淬火装置
US5879474A (en) * 1995-01-20 1999-03-09 British Steel Plc Relating to carbide-free bainitic steels and method of producing such steels
KR20010077051A (ko) * 2000-01-31 2001-08-17 백창기 레일의 열처리방법 및 장치
CN102365377A (zh) * 2009-03-30 2012-02-29 新日本制铁株式会社 钢轨焊接区的冷却方法、钢轨焊接区的冷却装置以及钢轨焊接接头
JP2015066554A (ja) * 2013-09-26 2015-04-13 Ｊｆｅスチール株式会社 レールの製造装置
JP2016049569A (ja) * 2014-08-29 2016-04-11 Ｊｆｅスチール株式会社 レールの冷却方法および熱処理装置
CN109929990A (zh) * 2019-03-06 2019-06-25 上海交通大学 钢轨在线淬火的可移动式淬火冷却装置及方法
CN110480141A (zh) * 2019-08-26 2019-11-22 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 控制中下限Mn含量R350HT钢轨闪光焊接接头组织的工艺
CN112251592A (zh) * 2020-10-23 2021-01-22 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 用于异种钢轨闪光焊后接头热处理的施工方法
CN114054915A (zh) * 2021-11-29 2022-02-18 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 一种短路预热的闪光焊接方法
US20220119912A1 (en) * 2020-10-21 2022-04-21 Pangang Group Panzhihua Iron & Steel Research Institute Co., Ltd. Method for optimizing microstructure of rail welded joint

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4573666A (en) * 1983-08-05 1986-03-04 Nippon Kokan Kabushiki Kaisha Apparatus for quenching butt-welded portion of rail
US5183519A (en) * 1987-03-19 1993-02-02 Chemetron-Railway Products, Inc. Method for quenching railway rail heads
CN2111292U (zh) * 1991-12-26 1992-07-29 冶金工业部攀枝花钢铁公司 钢轨热处理用冷却装置
CN2183371Y (zh) * 1993-08-09 1994-11-23 攀枝花钢铁(集团)公司轨梁厂 钢轨轨端随动淬火装置
US5879474A (en) * 1995-01-20 1999-03-09 British Steel Plc Relating to carbide-free bainitic steels and method of producing such steels
KR20010077051A (ko) * 2000-01-31 2001-08-17 백창기 레일의 열처리방법 및 장치
CN102365377A (zh) * 2009-03-30 2012-02-29 新日本制铁株式会社 钢轨焊接区的冷却方法、钢轨焊接区的冷却装置以及钢轨焊接接头
JP2015066554A (ja) * 2013-09-26 2015-04-13 Ｊｆｅスチール株式会社 レールの製造装置
JP2016049569A (ja) * 2014-08-29 2016-04-11 Ｊｆｅスチール株式会社 レールの冷却方法および熱処理装置
CN109929990A (zh) * 2019-03-06 2019-06-25 上海交通大学 钢轨在线淬火的可移动式淬火冷却装置及方法
CN110480141A (zh) * 2019-08-26 2019-11-22 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 控制中下限Mn含量R350HT钢轨闪光焊接接头组织的工艺
US20220119912A1 (en) * 2020-10-21 2022-04-21 Pangang Group Panzhihua Iron & Steel Research Institute Co., Ltd. Method for optimizing microstructure of rail welded joint
CN112251592A (zh) * 2020-10-23 2021-01-22 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 用于异种钢轨闪光焊后接头热处理的施工方法
CN114054915A (zh) * 2021-11-29 2022-02-18 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 一种短路预热的闪光焊接方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘丰收, 张银花, 陈朝阳, 周清跃: "基于焊接的UIC900A及U75V钢轨钢的连续冷却特性", 中国铁道科学, no. 06, 28 December 2005 (2005-12-28), pages 65 - 70 *
邓建辉: "75kg/m热处理钢轨断裂原因分析", 理化检验.物理分册, no. 04, 8 April 2005 (2005-04-08), pages 35 - 38 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115722779A (zh) * 2022-11-03 2023-03-03 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 减小过共析钢轨闪光焊接头热影响区宽度的方法
WO2024093182A1 (zh) * 2022-11-03 2024-05-10 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 一种提高过共析钢轨接头再奥氏体化区硬度的方法及装置
CN115722779B (zh) * 2022-11-03 2025-03-14 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 减小过共析钢轨闪光焊接头热影响区宽度的方法

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